JPS63291439A - 半導体搭載用基板および半導体パッケ−ジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、いわゆるＰＧＡ　（ピングリッドアレイ）
パッケージと呼ばれている半導体パ・ノヶージに関する
。

〔背景技術〕

ＩＣチップの大型化や多ビン化に対応した新しい半導体
パッケージとして、ＰＧＡ型バソヶージが実用化されて
いる。これまで、このＰＧＡ型パフケージは、セラミッ
クで気密封止したものが主流を占めており、エポキシ樹
脂を使用したトランスファ成形のＤＩＰ　（デュアルイ
ンラインパッケージ）と比べて高価であった。しかし、
ゲートアレイやマイクロプロセッサ、ＣＰＵ等を民生用
や産業機器用に供給するためには、ＤＩＰと同等以上の
信頼性をもち、かつ、低価格のＰＧＡ型パッケージが必
要であった。

このような事情から、プリント配線板加工を応用したプ
ラスチックＰＧＡ型の半導体パッケージが種々開発され
てきている。

これまでのところ、プラスチックＰＧＡ型の半導体パッ
ケージとしては、第４図や第５図に示したものが主流を
占めていた。第４図に示したプラスチックＰＧＡ型の半
導体パフケージは、基板１表面に半導体素子２を搭載し
、この半導体素子２と基板１表面に形成された導体回路
４とをボンディングワイヤ３で電気的に接続して、これ
ら半導体素子２とボンディングワイヤ３とを樹脂７で封
止したものである。第５図に示したプラスチックＰＧＡ
型の半導体パフケージは、樹脂で封止する代わりに金属
製のキャップ８で覆い、基板１と金属製のキャップ８と
の接触面のみを樹脂７で接着するようにしたものである
。両図中、５は絶縁層、６は導体回路４と接続されたリ
ードビンである。

しかしながら、これらのプラスチックＰＧＡ型の半導体
パッケージは、低価格であるものの、第４図のものでは
基板１と樹脂７との接着界面から、第５図のものでは金
属製キャップ８と樹脂７との接着界面からそれぞれ水が
侵入しやすいため、耐湿性が低く、ＰＣＴ　（プレソシ
ャクソカテスト）に対する信頼性が極めて悪かった。

そこで最近、第７図にみるように、基板ｌの表面および
端面を樹脂７で覆い、さらに、その樹脂７に金属製のケ
ース１０を被せた半導体パッケージが開発された。他方
、本発明者らも、第６図に示したような、金属製キャッ
プ８の周囲を樹脂７で封止したプラスチックＰＧＡ型の
半導体パッケージを開発した。図中、９は樹脂７が流、
出しないようにするための枠である。

これら半導体パッケージは、接着界面における水分の侵
入距離が長くされているため、接着界面からの水分の侵
入が抑えられているが、基板１の裏面などから基板内を
通って侵入する水分に対しては無力であった。

その後、本発明者らは、第８図にみるように、基板１が
金属製ケース１０に充填された樹脂７に埋没されている
半導体パッケージを開発した（特願昭６１−２７２４２
８号）。図中、１１はケース１０の底と半導体素子２お
よびボンディングワイヤ３とを離間するための突出部で
ある。この半導体パッケージは、他の半導体パッケージ
と比べて、ＰＣＴ信頼性が飛躍的に向上していた。しか
し、熱ストレスに対して弱く、チップ割れ、ワイヤ切れ
、パッシベーション割れを引き起こし易くて、ヒートサ
イクル試験での信頼性では第５図または第６図に示した
ものよりも劣っていた。

そこで本発明者らはさらに、第９図（特願昭６２−０３
８３３１号）および第１０図（特願昭６２−０４７７０
５号）にみるように、半導体素子２およびボンディング
ワイヤ３の周囲を中空のまま残した状態で、基板１が金
属性ケース１０に充填された樹脂７に埋没されている半
導体パッケージを開発した。図中、１３は半導体素子お
よびボンディングワイヤの周囲の中空部、１４．１０ａ
はその中空部を設けるための突出部、仕切りである。こ
れら２種の半導体パッケージは、他の半導体パッケージ
と比べて、ＰＣＴ信頼性およびヒートサイクル信頼性が
ともに高いものとなっていた、しかし、これらのパッケ
ージでも、ＤＩＰに較べて、まだ信頼性は劣っており、
さらに信頼性の高いパッケージへの要望が強い。

〔発明の目的〕 以上の事情に鑑みて、この発明は、ＰＣＴ信頼性および
ヒートサイクル信頼性がともに高い半導体搭載用基板お
よび半導体パフケージを提供することを目的としている
。

〔発明の開示〕

前記目的を達成するため、この発明は、表面に半導体素
子搭載部および導体回路が設けられ、この導体回路に接
続されたり−ドピンが裏面から表面に突出している基板
が、前記半導体素子搭載部および半導体素子とボンディ
ングワイヤで接続するための導体回路の一部を残して、
表面、端面、裏面、およびリードピンの基板に近い側か
ら一部までを絶縁層で覆われ、さらにその絶縁層の外側
を、導体回路およびリードピンと接触しないように、金
属層で覆われている導体搭載用基板およびこの半導体搭
載用基板に半導体素子を搭載し、導体回路とボンディン
グワイヤで接続した後、金属性キャップと前記金属層が
ハーメチック封止法によって一体化された半導体パフケ
ージをその要旨とする。

以下に、この発明を、その一実施例をあられす図面を参
照しながら詳しく説明する。

第１図は、この発明にかかる半導体搭載用基板および半
導体パッケージの一実施例をあられしている。図にみる
ように、この半導体搭載用基板は、基板１が半導体素子
搭載部および導体回路４のボンディングワイヤとの接続
部分を除いて、絶縁層５で覆われ、さらにその絶縁層５
の外側を、導体回路４およびリードピン６と接触しない
ように、金属層１７で覆われており、半導体パッケージ
は、半導体素子を搭載し、ワイヤボンディングした後、
金属性キャップ８を被せ、ハーメチックシールされてい
る。半導体素子搭載用基板は、基板１の表面に導体回路
４が形成され、この導体回路４と接続されたリードピン
６が、基板１をつらぬいて裏面から表面に突出しており
、半導体素子搭載部および導体回路４のボンディングワ
イヤと接続部を除いて表面、端面、裏面とも絶縁層５で
覆われた上に、さらにその絶縁層５の外側を、導体回路
４およびリードピン６と接触しないように、金属層１７
で覆われている。この半導体搭載用基板に半導体素子２
を搭載し、導体回路４とボンディングワイヤ３で接続し
た後、金属性キャップ８を金属層１７とハーメチック封
止法によって一体化することによって、半導体パッケー
ジとなる。

なお、半導体素子２の搭載、又はそれにボンディングワ
イヤ３での接続は、絶縁層５での被覆、叉はそれに金属
層１７での被覆より先になされても良い。

この発明で使用される金属性キャップ８は、適度な強度
があり、その形状が保存できるものであれば、鉄やアル
ミニウム等いかなる材質でもよく、又第２図に示した様
な矩形状や第３図に示した円形状等いかなる形状でも良
い。ただし、絶縁や防錆の観点から、表面に塗装または
酸化処理などを施したものが好ましい。

金属層１７についても絶縁や防錆の観点から表面を塗装
または酸化など、処理するのが好ましい。

金属性キャップ８と金属層１７を１体化するためのハー
メチック封止方法は、抵抗溶接法、ハンダ封止法、冷間
溶接法など気体が通過できないようにすることができれ
ば、いかなる方法で行なってもよい。さらにその際には
、完成した半導体パッケージの半導体素子２およびボン
ディングワイヤ３の周囲の中空部１３には、湿気はもち
ろん活性ガス等が存在しないことが好ましいので、乾燥
空気雰囲気下、さらには、不活性ガス雰囲気下で行なう
のが好ましい。

金属層１７は、気体が通過できないようにすることがで
きれば、いかなる方法で、いかなる厚みに形成しても良
い。ただし、方法については、形成時間短縮等の観点か
ら、無電解メッキ後電解メッキを行なうのが好ましい。

又、厚みについては、ピンホールができないようにとい
うことを考えて、１〜５０μｍ程度にするのが好ましい
。

以上にみてきたように、この半導体パンケージは、パッ
ケージ全体の表面の大部分が金属で覆われている。その
ため、水の侵入経路が極めて少なくなっているので、耐
湿性が良く、ＰＣＴ信頼性が極めて高いものになってい
る。

しかも、この半導体パフケージは、半導体素子２および
ボンディングワイヤ３の周囲１３が中空とされている。

そのため、つぎの点で優れている。つまり、半導体素子
２およびボンディングワイヤ３を樹脂７で直接封じ込む
と、樹脂７と半導体素子２またはボンディングワイヤ３
との膨張係数の差により、ワイヤ切れ、チップ割れ、パ
ッシベーション割れを引き起こすが、この発明にかかる
半導体パフケージのように、半導体素子２およびボンデ
ィングワイヤ３の周囲１３が中空とされていると、半導
体素子２およびボンディングワイヤ３に熱ストレスがか
かることがないので、チップ割れ、ワイヤ切れ、パッシ
ベーション割れが起こり難（、ヒートサイクル試験での
信頼性が良いものとなる。

上記実施例にかかる半導体パッケージの信頬性をみるた
め、ＰＣＴ試験およびヒートサイクル試験を行った。比
較のために、第４図ないし第１０図にみる半導体パフケ
ージについても、ＰＣＴ試験およびヒートサイクル試験
を行った。

各半導体パッケージについて、第１表に示した条件以外
は、以下に示す条件とした。

半導体素子：　Ｃ−ＭＯ３素子 基板：６４ピンのプラスチックＰＧＡ基板中空部の気体
：窒素 ハーメチック封止方法：高融点ハンダによるハンダ封止
法 金属性キャップおよび金属層の表面処理方法：塗装処理 サンプル数：　ｎ＝５０ ＰＣＴ試験条件：２気圧、１２１℃ ＰＣＴ信頼性評価方法：累積不良率が５０％となる時間 ヒートサイクル試験条件：気相、−６５°Ｃ３０分→室
温５分→１５０℃３０分 ヒートサイクル信顛性評価方法：累積不良率が５０％と
なるサイクル数 上記条件により行ったＰＣＴ試験およびヒートサイクル
試験の結果を第２表に示す。

［以下、余白］ 第　　　　１　　　　表 第　　　２　　　表 第２表にみるように、実施例１〜５は、特にＰＣＴ信幀
性が良く、ヒートサイクル信鯨性も良い。これに対し、
比較例１〜７は、せいぜいヒートサイクル信頼が良いに
とどまり、ＰＣＴ信頬性が、本発明程良いものはない。

この結果から、この発明にかかる半導体パッケージは、
ＰＣＴ信顛性およびヒートサイクル信頼性がともに高い
ものであることがわかる。

さらに図にみるように、この発明にかかる半導体パッケ
ージは、第６図、第８図、第９図、第１０図に示した比
較例３．５．６．７よりも、第４図、第５図、第７図に
示した比較例１．２．４並に、小型軽量化されているも
のであることがわかる。

この発明にかかる半導体搭載用基板および半導体パッケ
ージは、前記実施例に限定されない。

〔発明の効果〕

以上に説明してきたように、この発明にかかる半導体搭
載用基板は、表面に半導体素子搭載部および導体回路が
設けられ、この導体回路に接続されたリードピンが裏面
から表面に突出している基板が、前記半導体素子搭載部
および半導体素子とボンディングワイヤで接続するため
の導体回路の一部を残して、絶縁層で覆われ、さらにそ
の絶縁層の外側を、導体回路およびリードピンと接触し
ないように、金属層で覆われていることを特徴とし、又
半導体パッケージは、前記半導体搭載用基板に半導体を
搭載し、導体回路とボンディングワイヤで接続した後、
金属性キャップと前記金属層がハーメチック封止法によ
って一体化されていることを特徴としているため、ＰＣ
Ｔ信頼性およびヒートサイクル信頼性がともに高いもの
となっている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる半導体パンケージの一実施例
をあられす断面図、第２図はその平面図、第３図は別の
実施例の平面図、第４図および第５図は従来の半導体パ
フケージをあられす断面図、第６図ないし第１０図は従
来例としてり半導体パフケージをあられす断面図である
。 １・・・基板　２・・・半導体素子　３・・・ボンディ
ングワイヤ　４・・・導体回路　５・・・絶縁層　６・
・・リードピン　８・・・金属性キャップ　１３・・・
半導体素子およびボンディングワイヤの周囲（中空部）
　　　１７・・・金属層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に半導体素子搭載部および導体回路が設けら
   れ、この導体回路に接続されたリードピンが裏面から表
   面に突出している基板の表面、端面、裏面が、前記半導
   体素子搭載部および半導体素子とボンディングワイヤで
   接続するための導体回路の一部を残して、絶縁層で覆い
   、さらにその絶縁層の外側を、導体回路およびリードピ
   ンと接触しないようにして金属層で覆ったことを特徴と
   する半導体搭載用基板。
2. （２）表面に半導体素子搭載部および導体回路が設けら
   れ、この導体回路に接続されたリードピンが裏面から表
   面に突出している基板の表面、端面、裏面が、前記半導
   体素子搭載部および半導体素子とボンディングワイヤで
   接続するための導体回路の一部を残して、絶縁層で覆い
   、さらにその絶縁層の外側を、導体回路およびリードピ
   ンと接触しないようにして金属層で覆ってなる半導体搭
   載用基板に半導体素子を搭載し、導体回路とボンディン
   グワイヤで接続した後、金属性キャップを被せると共に
   、前記金属層と金属性キャップとをハーメチック封止法
   によって一体化したことを特徴とする半導体パッケージ
   。
3. （３）金属層の表面が絶縁処理されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の半導体搭載用基板。
4. （４）金属性キャップの表面が絶縁処理されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の半導体パッケ
   ージ。